Задания
Версия для печати и копирования в MS Word

Дана пра­виль­ная ше­сти­уголь­ная приз­ма ABCDEFA1B1C1D1E1F1. Через точки B, D1, F1 про­ве­де­на плос­кость  альфа .

а)  До­ка­жи­те, что плос­кость α пер­пен­ди­ку­ляр­на плос­ко­сти DCC1.

б)  Най­ди­те пло­щадь се­че­ния приз­мы плос­ко­стью α, если из­вест­но, что AB  =  1, AA1  =  3.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

а)  Пусть для опре­де­лен­но­сти сто­ро­ны ос­но­ва­ния, как и в под­пунк­те б) будет равны 1, а бо­ко­вые ребра равны 3. По­ме­стим за­дан­ную приз­му в де­кар­то­ву си­сте­му ко­ор­ди­нат, как по­ка­за­но на ри­сун­ке. Вы­пи­шем ко­ор­ди­на­ты не­ко­то­рых точек: B левая круг­лая скоб­ка 0; минус 1;0 пра­вая круг­лая скоб­ка , D_1 левая круг­лая скоб­ка минус дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ;3 пра­вая круг­лая скоб­ка , F_1 левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ;3 пра­вая круг­лая скоб­ка . Зная, что точки B, D1, F1 лежат в плос­ко­сти β, будем ис­кать урав­не­ние се­ку­щей плос­ко­сти α:

 си­сте­ма вы­ра­же­ний  новая стро­ка минус b плюс d=0 , новая стро­ка минус дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби a плюс дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби b плюс 3c плюс d=0 , новая стро­ка дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби a плюс дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби b плюс 3c плюс d=0  конец си­сте­мы .\left \beginalign новая стро­ка левая круг­лая скоб­ка 1 пра­вая круг­лая скоб­ка  новая стро­ка левая круг­лая скоб­ка 2 пра­вая круг­лая скоб­ка  новая стро­ка левая круг­лая скоб­ка 3 пра­вая круг­лая скоб­ка \endalign

 

Из пер­во­го урав­не­ния: b  =  d.

Из урав­не­ния (3) вы­чтем урав­не­ние (2), по­лу­чим:

 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та a=0 рав­но­силь­но a=0.

Под­ста­вив по­лу­чен­ные зна­че­ния а и b в урав­не­ние (3), будем иметь:

 дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби d плюс 3c плюс d=0 рав­но­силь­но 3c= минус дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби d рав­но­силь­но c= минус дробь: чис­ли­тель: d, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби .

Таким об­ра­зом, урав­не­ние плос­ко­сти  альфа имеет вид: dy минус дробь: чис­ли­тель: d, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби z плюс d=0 или 2y минус z плюс 2=0.

А урав­не­ние плос­ко­сти DCC1: x= минус дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби или 2x плюс 3=0.

Нор­маль­ные век­то­ры этих двух плос­ко­стей:

\overlinen_1= левая круг­лая скоб­ка \overline0;2; минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка ;\overlinen_2= левая круг­лая скоб­ка \overline2;0;0 пра­вая круг­лая скоб­ка .\overlinen_1 умно­жить на \overlinen_2=0 умно­жить на 2 плюс 2 умно­жить на 0 минус 1 умно­жить на 0=0,

зна­чит, \overlinen_1\bot \overlinen_2, от­ку­да:  альфа \bot левая круг­лая скоб­ка DCC_1 пра­вая круг­лая скоб­ка .

б)  Пусть плос­кость α пе­ре­се­ка­ет ребро приз­мы CC1 в точке N, а ребро AA1 в точке M. Под­став­ляя из­вест­ные абс­цис­сы и ор­ди­на­ты этих точек в урав­не­ние плос­ко­сти α, най­дем их ап­пли­ка­ты:

 минус 2 умно­жить на дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби минус z_N плюс 2=0 рав­но­силь­но z_N=1.

Ана­ло­гич­но z_M=1.

Итак, по­лу­чен­ное се­че­ние пред­став­ля­ет собой пя­ти­уголь­ник BND1F1M, про­ек­ци­ей ко­то­ро­го на ниж­нее ос­но­ва­ние приз­мы будет пя­ти­уголь­ник ABCDF.

 

Не­труд­но найти ко­си­нус угла между плос­ко­стью α и ниж­ним ос­но­ва­ни­ем приз­мы. Нор­маль­ный век­тор плос­ко­сти α был най­ден рань­ше, он имеет вид:

\overlinen_1= левая круг­лая скоб­ка \overline0;2; минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка ; |\overlinen_1|= ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 4 плюс 1 конец ар­гу­мен­та = ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 5 конец ар­гу­мен­та .

Ниж­нее ос­но­ва­ние приз­мы имеет урав­не­ние: z  =  0, ее нор­маль­ный век­тор \overlinen= левая круг­лая скоб­ка \overline0;0;1 пра­вая круг­лая скоб­ка ;|\overlinen|=1.

Если φ   — угол между се­че­ни­ем и ука­зан­ным ос­но­ва­ни­ем приз­мы, то

 ко­си­нус \varphi = дробь: чис­ли­тель: |n_1 умно­жить на n|, зна­ме­на­тель: |n_1| умно­жить на |n| конец дроби = дробь: чис­ли­тель: |0 умно­жить на 0 плюс 2 умно­жить на 0 минус 1 умно­жить на 1|, зна­ме­на­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 5 конец ар­гу­мен­та умно­жить на 1 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 5 конец ар­гу­мен­та конец дроби .

S левая круг­лая скоб­ка ABCDF пра­вая круг­лая скоб­ка =S_осн. минус S левая круг­лая скоб­ка DEF пра­вая круг­лая скоб­ка .S_осн.=6 умно­жить на S левая круг­лая скоб­ка AOB пра­вая круг­лая скоб­ка =6 умно­жить на дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 4 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 3 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ;

S левая круг­лая скоб­ка DEF пра­вая круг­лая скоб­ка =S левая круг­лая скоб­ка DOE пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 4 конец дроби .S левая круг­лая скоб­ка ABCDF пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: 3 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 4 конец дроби =
= дробь: чис­ли­тель: 5 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 4 конец дроби .S_осн.= дробь: чис­ли­тель: S левая круг­лая скоб­ка ABCDF пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: ко­си­нус \varphi конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 5 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та умно­жить на ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 5 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 4 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 5 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 15 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 4 конец дроби .

 

Ответ: б)  дробь: чис­ли­тель: 5 ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 15 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 4 конец дроби .

Спрятать критерии
Критерии проверки:

Кри­те­рии оце­ни­ва­ния вы­пол­не­ния за­да­нияБаллы
Обос­но­ван­но по­лу­чен вер­ный ответ.2
Ре­ше­ние со­дер­жит обос­но­ван­ный пе­ре­ход к пла­ни­мет­ри­че­ской за­да­че, но по­лу­чен не­вер­ный ответ или ре­ше­ние не за­кон­че­но

ИЛИ

при пра­виль­ном от­ве­те ре­ше­ние не­до­ста­точ­но обос­но­ва­но.

1
Ре­ше­ние не со­от­вет­ству­ет ни од­но­му из кри­те­ри­ев, пе­ре­чис­лен­ных выше.0
Источник: А. Ларин: Тре­ни­ро­воч­ный ва­ри­ант № 123
Методы геометрии: Ис­поль­зо­ва­ние век­то­ров, Метод ко­ор­ди­нат
Классификатор стереометрии: Пер­пен­ди­ку­ляр­ность плос­ко­стей, Пло­щадь се­че­ния, Пра­виль­ная ше­сти­уголь­ная приз­ма, Се­че­ние, про­хо­дя­щее через три точки